[其他]电工测试用A/D转换模板

说明书

本实用新型涉及一种改进的电工测试专用双隔离、双A／D、同步采样的A／D转换模板，属于模／数转换器技术领域。适合电机、电力部门对电压、电流、功率、功率因数的测量及频谱分析。

目前，在电功率测试系统中，采用的A／D模板，是通用的A／D模板。其中一种是不带隔离器的A／D（如图5a所示），16路或32路信号输入，通过电子开关切换到其中一路，经A／D转换变成数字量。它的16路通道共用一个地线，没有隔离作用，对微机和操作者均不安全。另一种A／D模板，如上海市电气自动化研究所研制的A／D模板（如图5b所示），在电子开关与A／D芯片之间加一只隔离放大器。这种A／D模板由于输入的16个量之间共用一个地线，不适用于电工测试。其原因是：在隔离放大器之前，电压信号和电流信号必须共同接地，这种结构不适于目前国家标准规定常用的测试方式。另外隔离放大器置于A／D芯片之前，会造成隔离误差，如果要降低这种误差，要采用高精度隔离放大器，致使A／D模板成本大幅度上升。

本实用新型的任务是提出一种与现有技术相比成本低、具有双隔离、同步采样、抗干扰能力强的A／D转换模板。

本实用新型是这样实现的。采用两组光电隔离器，将两块A／D芯片与微机分别进行隔离，以确保微机和操作者的安全；采用一个送时钟信号的脉冲变压器和一个送同步信号的脉冲变压器去实现芯片与芯片之间的隔离；采用同步电路去实现电压、电流信号同步采样。整个线路框图如图1所示。这种转换模板能解决以下三个问题：

1.既能实现高精度测量，又能达到低成本。因为本实用新型在设置路线时，将光电隔离器置于A／D芯片之后，不会造成由于光电隔离器本身的误差而带来的误差。

2.解决被测信号与微机之间的隔离。

3.解决频率偏移引起的测量误差。关于这一点可以用图6来说明。当测量电压时，对于50周频率的电压来说，每个周期T＝1／f＝1／50＝20（ms），为了采集128点，要求采样周期△t＝T／128＝20／128＝156.25（μs）。但是在工程测量中，频率不会总是正好50周，是在50周左右稍微偏移。因此就要求采样周期△t不是一个固定值156.25μs，而在此值左右随频率的偏移而偏移，否则将出现每周期多采或少采一些点，造成测量误差。所以采样周期跟踪工频周期T，使之在任何时候都能保持△t＝T／128的比例关系。

本实用新型的技术特征是：在电路构成上采用两块A／D芯片对电压、电流信号同时采样及模数转换，以保证其同时性，提高测量的功率的精度；采用两组光电耦合器分别置于A／D芯片之后，实现其与微机之间的隔离，在光电耦合与锁存级中，插入一级整形级电路；采用脉冲变压器，与两块A／D芯片相接，达到两块A／D芯片之间的隔离，以解决电工测试中电压、电流常常不共地线的问题，使电压地与电流地之间的隔离电压达2500伏左右，满足电工测试的特殊要求；在两块A／D芯片的电路上设置一同步电路，如前所述的那样当工频频率偏移时，采样时间△t总是与被测工频周期保持同步，使数据采集精度提高；在A／D芯片之前设置了两组相互隔离的多路电子模拟开关，它们同时受到微机的控制。

本实用新型的解决方案，可进一步用以下附图进行说明。

图1是本实用新型的A／D转换模板的线路框图。

图2是本实用新型的A／D模板的线路图。

图3是本实用新型的A／D模板在测试电机的接线图。

图4是图1所示光电耦合器的框图和波形图。

图5a是一种现有技术A／D模板的线路框图。

图5b是另一种现有技术A／D模板的线路框图。

图6是同步采样的波形图。

图2为本实用新型设计的A／D转换模板的最佳实施方案。〔1〕、〔2〕为A／D芯片线路，〔3〕、〔4〕为光电耦合器线路，〔5〕、〔6〕为脉冲变压器线路，〔7〕为同步电路，〔8〕、〔9〕分别为电流、电压多路电子开关线路，〔10〕为微机总线。

图4b中，〔3－1〕、〔4－1〕为光电耦合级，〔3－2〕、〔4－2〕为整形电路，〔3－3〕、〔4－3〕为锁存级。